Nuklearmedizin und PET-Bildgebung

Die nuklearmedizinische Bildgebung, einschließlich der Positronenemissionstomographie (PET), zeigt die Verteilung eines verabreichten Radiotracers und nicht direkt die Anatomie. Da das Signal vom biochemischen Verhalten des Tracers herrührt, bilden diese Techniken die physiologische und metabolische Funktion ab; insbesondere Positronenstrahler ermöglichen die tomographische Rekonstruktion der Traceraufnahme. PET ist daher primär eine funktionelle Modalität, die oft mit CT oder MRT zur anatomischen Lokalisation fusioniert wird.

Definition

Die nuklearmedizinische Bildgebung erzeugt Bilder aus der Strahlung, die von einem verabreichten Radiotracer emittiert wird; bei der Positronenemissionstomographie emittiert der Tracer Positronen, deren Annihilation gepaarte Photonen erzeugt, die koinzident detektiert werden, um eine tomographische Karte der Tracerverteilung zu rekonstruieren.

Scope

Das Thema behandelt, wie Radiotracer das Bildgebungssignal erzeugen, die Koinzidenzdetektion von Annihilationsphotonen, die der PET zugrunde liegt, die Rekonstruktion von Emissionstomogrammen, die Verwendung standardisierter Akquisitionsprotokolle zur Quantifizierung und die Art und Weise, wie funktionelle Bilder mit der Querschnittsanatomie kombiniert werden. Es ist ein Nachschlagewerk zur Erzeugung dieser Bilder, keine klinische Leitlinie.

Core questions

• Wie erzeugt ein verabreichter Radiotracer das Bildgebungssignal in der Nuklearmedizin?
• Wie ermöglicht die Koinzidenzdetektion von Annihilationsphotonen die PET-Rekonstruktion?
• Warum wird die funktionelle Bildgebung in der Regel mit anatomischer Bildgebung wie CT oder MRT fusioniert?
• Wie werden Akquisition und Quantifizierung standardisiert, damit Aufnahmewerte vergleichbar sind?

Key concepts

• Radiotracer-Prinzip
• Positronenannihilation und Koinzidenzdetektion
• Rekonstruktion der Emissionstomographie
• Funktionelle und metabolische Bildgebung
• Standardisierte Aufnahmequantifizierung
• Hybrid-PET/CT und PET/MRT
• Theranostik

Mechanisms

Ein mit einem Radionuklid markiertes Radiopharmazeutikum wird verabreicht und verteilt sich entsprechend seinem biochemischen Ziel; die von ihm emittierte Strahlung wird extern detektiert, um diese Verteilung abzubilden. Bei der PET emittiert das Radionuklid ein Positron, das mit einem nahegelegenen Elektron annihiliert und zwei 511 keV Photonen erzeugt, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen; die koinzidente Detektion dieser Photonen lokalisiert die Annihilation entlang einer Linie, und viele solcher Linien werden zu einem tomographischen Bild rekonstruiert. Iterative statistische Rekonstruktionsverfahren, wie die Maximum-Likelihood-Expectation-Maximierung, modellieren den Emissionsprozess, um die Bildqualität zu verbessern (Shepp & Vardi, 1982). Da das Signal die Funktion und nicht die Struktur widerspiegelt, wird PET in der Regel als Hybrid-PET/CT oder PET/MRT durchgeführt, damit die Aufnahme anatomisch lokalisiert werden kann, und eine standardisierte Akquisition unterstützt den quantitativen Vergleich (Boellaard et al., 2014).

Clinical relevance

Nuklearmedizin und PET ergänzen die anatomische Bildgebung um eine funktionelle und metabolische Dimension, und Empfehlungen zu ihrer angemessenen Anwendung und standardisierten Durchführung unterstützen eine konsistente Interpretation (Fletcher et al., 2008; Boellaard et al., 2014). Die Kopplung diagnostischer Tracer mit therapeutischen Radionukliden – die Theranostik – wird als wachsendes Feld beschrieben (Turner, 2018). Dieser Eintrag beschreibt, wie diese Bilder erzeugt werden, und ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder Behandlungsentscheidungen.

History

Die Nuklearmedizin entwickelte sich aus der Verwendung radioaktiver Tracer und der Gammakamera Mitte des 20. Jahrhunderts. Die Positronenemissionstomographie entstand als tomographisches Verfahren für Positronen emittierende Tracer, und statistische Rekonstruktionsansätze wie die Maximum-Likelihood-Expectation-Maximierung verbesserten die Qualität der Emissionsbilder (Shepp & Vardi, 1982). Die Einführung der Hybrid-PET/CT und später der PET/MRT kombinierte funktionelle und anatomische Bildgebung, während standardisierte Leitlinien die quantitative Praxis kodifizierten (Boellaard et al., 2014).

Key figures

• Lawrence Shepp
• Yehuda Vardi

Seminal works

• shepp-vardi-1982

Frequently asked questions

Wie unterscheidet sich PET von CT oder MRT?

CT und MRT bilden die Anatomie direkt ab, während PET die Verteilung eines verabreichten Radiotracers abbildet und somit Funktion oder Metabolismus zeigt; PET wird häufig mit CT oder MRT fusioniert, damit funktionelle Befunde anatomisch lokalisiert werden können.

Was wird detektiert, um ein PET-Bild zu erzeugen?

Der Tracer emittiert Positronen, die mit Elektronen annihilieren, wobei jede Annihilation zwei Photonen in entgegengesetzte Richtungen erzeugt; die koinzidente Detektion dieser Photonen lokalisiert das Ereignis und ermöglicht die tomographische Rekonstruktion der Tracerverteilung.